Почему легирование полупроводников атомами с пятью валентными электронами увеличивает число электронов проводимости?

Легирование полупроводников атомами с пятью валентными электронами (например, фосфором или мышьяком) увеличивает число электронов проводимости, потому что при таком легировании образуется «лишний» электрон, слабо связанный с решёткой. 4

Процесс происходит так: четыре валентных электрона примесного атома совместно с четырьмя электронами соседних атомов образуют ковалентные связи, а пятый валентный электрон оказывается «лишним». 5 Энергия связи его со своим атомом намного меньше, чем энергия, необходимая для освобождения валентного электрона. 5

Благодаря небольшой энергии ионизации пятый электрон даже при комнатной температуре может быть оторван от своего атома за счёт энергии теплового движения. 5 При этом образуется свободный электрон, способный перемещаться по кристаллической решётке, и неподвижный положительный заряд — атом примеси, потерявший этот электрон. 5

Таким образом, в полупроводнике с пятивалентной примесью появляется излишек электронов, и они становятся основными носителями заряда (полупроводник n-типа). 2